(57)【要約】【課題】  不動態を示す金属において、細菌や黴の増殖の抑制可能な表面を有する金属の創製。【解決手段】  不動態を示す金属において、表面の不動態皮膜及び／又は厚さ300nm以下の光輝焼鈍皮膜に、一端に抗菌又は抗黴作用を示す官能基（イミダソール環、アミダソール環、アミド、トリアジン、イミダソリン、トリアゾール官能基等）を有するシラン系化合物を化学結合せしめた、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金などの抗菌又は抗黴処理金属。好ましくは、シラン系化合物は、第４級アンモニウム塩、メチロール基、メチレン基、活性ハロゲン基、活性N-S結合基およびこれらの誘導体のうち１種または２種以上の混合体等である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
不動態を示す金属において、表面の不動態皮膜及び／又は厚さ300nm以下の光
輝焼鈍皮膜に、一端に抗菌又は抗黴作用を示す官能基を有するシラン系化合物
を化学結合せしめた抗菌又は抗黴処理金属。
【請求項２】
前記シラン系化合物を反応せしめた皮膜が1μm以下の厚さである請求項１に
記載した抗菌又は抗黴処理金属。
【請求項３】
不動態を示す金属が、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウム又
はアルミニウム合金である請求項１または２に記載した抗菌又は抗黴処理金属
。
【請求項４】
抗菌又は抗黴作用を示す官能基が、イミダソール環、アミダソール環、アミ
ド、トリアジン、イミダソリン、トリアゾールを有する官能基、第４級アンモ
ニウム塩、メチロール基、メチレン基、活性ハロゲン基、活性N-S結合基又はこ
れらの誘導体のうち１種または２種以上の混合体である請求項１〜３に記載の
抗菌又は抗黴処理金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に特殊機能を付与した不動態を示す金属に関わるものである
。
不動態を示す金属は、不動態に起因する優れた耐食性を活かして厨房機器や
医療機器をはじめ清潔さを必要とする分野に広く使用されている。しかるに、
この商品分野では細菌や病原菌、黴などが付着繁殖しやすい環境でもある。本
発明は、優れた耐食性を活かしつかつ細菌や黴の繁殖を抑制可能な特性を付与
した抗菌又は抗黴処理金属に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼をはじめとする不動態を示す金属は、日常の使用環境では錆を
発生しない耐食性を有するため、金属色を長期に維持できる材料であることか
ら、清潔感が感じられる材料と評価されている。この利点を活かして、厨房機
器や医療機器など衛生面から清潔さが要求される用途のみならず、建材や電気
機器、鉄道車両、自動車装飾部品、日用品など広く使用されている。
このように色感的には清潔感が感じられる金属といえども、肉眼では認識で
きない細菌や黴の発生繁殖には必ずしも十分ではない。特に、厨房機器や医療
機器では、衛生面から細菌や黴の発生繁殖には十分の注意が必要である。この
ための対策は、従来大きく分けて次の３種の方法で対処してきた。
【０００３】
１番目の方法は、洗浄や清掃、さらには薬剤や水蒸気を使用したいわゆる消
毒の実施である。この方法は、どんな装置でもどのような金属であっても容易
に可能であり、特殊な設備や材料は不要となるだけでなく、丁寧に実施すれば
効果は確実であるなどの利点がある。一方、作業が不十分であれば消毒効果が
得られないだけでなく逆効果になる懸念がある上に、一定期間毎（環境や機器
によっては毎日など）に繰り返し実施する必要がある。特に薬剤を使用する方
法では、その薬剤を単に付着せしめただけであるので、それがステンレス鋼表
面から脱落し他の環境に漏出して環境を汚染する懸念もぬぐえない。
【０００４】
２番目の方法は、例えば特許文献１や特許文献２に開示された抗菌剤や消毒
薬などを含有する塗料による塗装ないし樹脂などの被覆である。この方法は、
塗膜や樹脂が残存する限り効果が得られ、定期的な消毒作業が不要となったり
軽減されるなど効果が大きいが、塗装や被覆のためにせっかくのステンレス鋼
の清潔感や質感が損なわれる欠点がある。
【０００５】
３番目の方法は、例えば特許文献３、特許文献４や特許文献５に開示された
いわゆる銅や銀を含有せしめた抗菌ステンレス鋼あるいは特許文献６に起債さ
れた光触媒による抗菌チタンの使用である。これらは材料さえ、限定すれば、
相応の効果が得られるために日常のメンテナンスが不要になったり軽減される
などの効果は大きい。しかし、例えば銅添加による抗菌ステンレス鋼の場合異
種金属接触の発生がしやすいなどせっかくの耐食性が劣ったり、銀添加による
抗菌ステンレス鋼の場合は貴金属をしかも抗菌性などの機能では不要な部分（
具体的には材料のバルク部分）にまで使用しているため高価格になるなどの欠
点がある。また、光触媒による抗菌チタンでは、肉眼的には裸の金属のままで
あることなど金属の質感が保持され抗菌性抗黴性を有するなど本発明の狙いと
する効果は得られるが、紫外線などの光がない場所では抗菌又は抗黴効果が得
られないなど使用用途が限定される欠点がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平5−228202号公報
【特許文献２】特開平6−10191号公報
【特許文献３】特開平8−53738号公報
【特許文献４】特開平10−259457号公報
【特許文献５】特開2000−192259号公報
【特許文献６】特開平8−246192号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ステンレス鋼をはじめとする不動態を示す金属の清潔感質感ある
いは優れた耐食性を劣化させることなく、その金属表面に抗菌性抗黴性を付与
し、結果として定期的な洗浄や清掃、消毒などを省略ないし軽減せしめようと
するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来の消毒による方法では、丁寧に実施すれば確実な効果が得られている。
これは、消毒に使用する薬剤が十分な効果を示しているからにほか他ならない
。しかし、従来はこの薬剤が単に付着させただけであるために定期的に作業を
繰り返す必要があったと考えられる。この点から、この消毒薬を表面に長期間
残存させることが効果を長期間にわたって発揮させることと言うことができる
。
【０００９】
このために、本発明は従来技術とは全く異なる考え方で金属表面に抗菌性抗
黴性を付与することとした。すなわち、抗菌性や抗黴性を有する物質薬剤をス
テンレス鋼の表面に物理的な付着ではなく化学結合で反応付着せしめることを
とした。
【００１０】
金属の表面に、種々の物質を化学反応で直接結合させることは特殊な場合を
除いて不可能である。そこで、金属の表面に存在する酸化物（不動態皮膜）と
反応が可能なシラン化合物を介して結合させることを想起した。すなわち、シ
ランアルコキシドに抗菌性や抗黴性を有する物質を結合させておき、その加水
分解反応を利用したいわゆるシランカップリング反応によって金属表面の酸化
物と結合させようとするものである。
【００１１】
請求項１の発明によれば、不動態を示す金属において、表面の不動態皮膜及
び／又は厚さ300nm以下の光輝焼鈍皮膜に、一端に抗菌又は抗黴作用を示す官能
基を有するシラン系化合物を化学結合せしめた抗菌又は抗黴処理金属が提供さ
れる。
好ましくは、前記シラン系化合物を反応せしめた皮膜が1μm以下の厚さであ
る（請求項２）。また好ましくは、前記不動態を示す金属が、ステンレス鋼、
チタン、チタン合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金である（請求項３
）。更に好ましくは、前記抗菌又は抗黴作用を示す官能基が、イミダソール環
、アミダソール環、アミド、トリアジン、イミダソリン、トリアゾールを有す
る官能基、第４級アンモニウム塩、メチロール基、メチレン基、活性ハロゲン
基、活性N-S結合基またはこれらの誘導体のうち１種または２種以上の混合体で
ある（請求項４）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による金属は母材の金属と徳性的にほとんど差異がないにも関わらず
、金属の質感や清潔感を損なうことなく抗菌性抗黴性を示す。この結果、本発
明金属を使用することで、その製品が一層衛生的健康的になるだけでなく、黴
などによる汚れを防止でき、室内外の景観を維持することが可能となる。さら
に定期的な消毒作業が不要となり、手間が省けるだけでなく、消毒などで用い
た薬剤が外部環境に漏洩して環境を汚染することがあったが、その懸念が解消
した。このように、本発明は工業的経済的に効果が大きいだけでなく、環境へ
の負荷を軽減できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の基となった技術、すなわち抗菌性抗黴性を有する官能基を結合した
シランを金属表面の金属酸化物と結合させることで金属に抗菌性抗黴性を付与
するとの技術は、ほとんど全ての金属表面には酸化物が少なからず必ず存在す
るので、ほとんど全ての金属に適用可能である。しかし、酸化物と金属との結
合力が低い金属の場合、酸化物と強固に結合しても金属表面から脱落すること
は防止できない。そこで、本発明では不動態を示す金属に限定した。ステンレ
ス鋼などの不動態を示す金属の場合、表面の酸化物は不動態皮膜としてもとも
と金属と極めて強固に結合しているのでその不動態皮膜の酸化物と結合するこ
とで、結果的に金属と強固に結合することになるのである。本発明は、表面に
処理をすることであるので、不動態を示さない金属であっても、さらには非金
属であってもその表面に不動態を示す金属をめっきしたりクラッド化すること
で表面が不動態を示すのであれば、本発明の対象である。
【００１４】
本発明において対象とする不動態皮膜は、いわゆる常温大気中で生成したり
酸化性環境で電気化学的に生成した不動態皮膜はもちろんであるが、実用上不
動態皮膜と同等の機能特性を有する高温環境で生成した厚さ300nm以下の光輝焼
鈍被膜なども含める。なお、同じ光輝焼鈍被膜でも厚さが300nmを超えると、そ
の被膜による干渉色が認められるなど表面の質感が変化することから、本発明
には含まれない。
【００１５】
本発明は、この考え方に基づいてなされたものである。すなわち、「不動態
を示す金属において、表面の不動態皮膜及び／又は厚さ300nm以下の光輝焼鈍皮
膜に、一端に抗菌又は抗黴作用を示す官能基を有するシラン系化合物を化学結
合せしめた抗菌又は抗黴処理金属。」が提供される。
【００１６】
酸化物や水酸化物と反応しやすいシラン化合物に結合させ、それとステンレ
ス鋼の表面に強固に結合している不動態皮膜とシランカップリング反応で結合
させることで付着力が強固となり、表面から剥離して効果が消滅することはな
くなった。また、曲げ加工などの金属加工後の表面でも剥離することがなく、
未加工面と同様の効果が得られた。
【００１７】
抗菌性や抗黴性を発揮するためには、シランによる被覆皮膜の厚さは厚くと
も問題はない。しかし、1μmを超えて被覆されると、例え薄膜が透明であった
としてもステンレス鋼特有の金属的質感は失われ、いわゆる塗装材と同じ質感
を示すようになる。一方本発明では、シラン基とステンレス鋼最表面に強固に
結合している不動態皮膜と化学結合していることから、抗菌性や抗黴性を示す
化合物の被覆は薄くすることも可能である。この皮膜厚さを1μm以下とするこ
とで、塗装の様な表面の被覆感は肉眼的には、より認められなくなり、ステン
レス鋼特有の金属的質感や清潔感を損なうことなく被覆することが可能となる
。また、1μm以下の薄さになると、表面の導電性も阻害されないことから金属
としての特徴も維持できる。このような、皮膜厚さを薄く限定することで塗装
材とは異なる特徴が得られることから、シラン系化合物を反応せしめた皮膜が1
μm以下の厚さであることが好ましい。
【００１８】
不動態を示す金属でも不動態被膜である酸化物が比較的厚い場合には、一般
に塗装などの表面の防錆処理を行うことが多い。ところが表面に防錆塗装を行
うと、錆の発生はもちろん抑制可能となるが、その塗膜に覆われることでせっ
かくの抗菌又は抗黴性は十分に発揮できなくなる。従って本発明では、不動態
を示す金属の中でも金属の表面（裸の表面）のままで使用することが前提の材
料、すなわちステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウムおよびアルミ
ニウム合金を母材とすることでその効果は更に発揮可能となる。そこで、「不
動態を示す金属が、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウムおよび
アルミニウム合金である」ことが好ましい。
本実施形態においては、母材がこれらの金属あるいは合金であれば、その種
類は問わない。
また、本発明においては、非金属物質に上述の金属（不動態を示す金属）を
めっき等した場合をも含む。
【００１９】
本発明における抗菌又は抗黴効果を示す官能基は、シラン化合物と何らかの
方法で反応可能であればその種類は問わない。しかし、結合のしやすい官能基
の方が歩留まりがよいなど製造が容易である。そこで、「抗菌又は抗黴作用を
示す官能基が、イミダソール環、アミダソール環、アミド、トリアジン、イミ
ダソリン、トリアゾールを有する官能基、第４級アンモニウム塩、メチロール
基、メチレン基、活性ハロゲン基、活性N-S結合基およびこれらの誘導体のうち
１種または２種以上の混合体である」ことが好ましい。
上記このような官能基を有するシラン系化合物としては、公知のものを使用
することが可能であり、例えば、アルコキシシランが好ましく、信越化学工業
株式会社製POLON-MF-50（信越化学工業株式会社の登録商標）が好ましいが、本
発明は、これに限定されない。
【００２０】
本発明の金属は、母材に用いた金属に比べて表面に抗菌性抗黴性を有する点
のみが異なるだけで、個々の金属としての基本的な特性、すなわち加工性や耐
食性、強度などの機械的性質、熱膨張率などの物理的性質は母材の場合と基本
的には何ら変わらない。従って、加工時や加工製品の使用時には抗菌又は抗黴
処理をしていることは意識する必要がない。
【００２１】
用途も、医療機器、厨房機器、建材、建築部品、家電用品、日用品をはじめ
抗菌又は抗黴性を要する用途であれば何ら限定されない。もちろん、抗菌性抗
黴性が不要の用途に使用しても何ら問題はない。
【実施例】
【００２２】
市販の光輝焼鈍仕上げSUS304ステンレス鋼板（下地材料）を、活性ハロゲン
基（活性塩素基）が結合されているアルコキシシラン（信越化学工業株式会社
製POLON-MF-50（信越化学工業株式会社の登録商標））に浸漬させることにより
、ステンレス鋼板の表面にアルコキシシランを反応被覆させた（実施例１）。
尚、該アルコキシシランは、第４級アンモニウム塩であり、官能基として第４
級アンモニウムを含むものである。
被覆厚さは、この処理を繰り返すことで変えた。被覆厚さは、Arイオンでス
パッタリングしつつオージェ電子分光分析を行い、Siおよび酸素が検出されな
くなるレベルとした。この方法では、不動態皮膜の厚さが余分に測定されるこ
ととなるが、不動態皮膜の厚さがせいぜい10nm程度であることから誤差として
無視した。
【００２３】
抗菌性は、NBRC3301大腸菌をポリペプトン、酵母エキスを含む培養液と同時
に試料面に載せ、35℃で24h培養した結果を肉眼で半定量的に評価し、肉眼上増
殖が認められないものを◎、コロニーは認められないが白濁が認められるもの
を○、コロニーが発生したものを△、ガラスと同程度の増殖で全面かさぶた状
に繁殖したものを×とした。
表面の被覆感は、肉眼により塗装などの処理をしていない無処理の金属表面
と感じられるものを○、塗装を行ったと感じられるものを×として評価した。
機械的特性は、180°1/2t曲げを行い、被覆部の亀裂の有無を評価した。
耐食性は、抗菌性評価の試験時に錆の発生の有無を合わせて評価し、錆の発
生のないものを◎、僅かな点状錆が発生したものを○、流れ出るような錆が認
められたものを×とした。
結果を表１に示す。
【００２４】
SUS304ステンレス鋼板の代わりに、表１に示す下地材料を用いた以外は、実
施例１と同じ方法により、実施例２〜４を行った。
実施例１の浸漬を繰り返すことにより、被膜厚さを変えた以外は、実施例１
と同じ方法により、実施例５を行った。
上述の如く、実施例１で使用したアルコキシシランは、官能基となる第４級
アンモニウムを含むものであるが、この官能基を表１に示したものに代えた以
外は、実施例１と同じ方法により、実施例６〜９を行った。
【００２５】
一方、比較例として、SUS304ステンレス鋼板を、表１に示したものに代えた
以外は、実施例１と同じ方法により、比較例１を行った。
実施例１の浸漬を繰り返すことにより、被膜厚さを変えた以外は、実施例１
と同じ方法により、比較例２を行った。
シリコンテトラエトキシドをHCl加水分解し、下地材料との間で重縮合処理ア
ルコキシシランの官能基たる第４級アンモニウムを外した以外は、実施例１と
同じ方法により、比較例３を行った。
更に比較例として、アルコキシシランを被覆しなかったSUS304ステンレス鋼
板（比較例４）、顕微鏡用ガラス（比較例５）についても、抗菌性、被覆感、
機械的特性、耐食性を測定した。
これらの試験片の評価結果を表１に示した。
【００２６】
【表１】
2005336519.tif 000002
【００２７】
実施例１及び２は、官能基として第４級アンモニウムを有するとしたものであるが
、抗菌性は良好で、表面の質感も被覆感がないなど良好であった。実施例２は
アクリル樹脂へのNiめっきであるが、バルクの金属と何ら変わることなく抗菌
性が得られた。
実施例３及び４は、アルミニウム及びチタンにそれぞれ実施例１と同じ処理
を施したものであるが、実施例１と同様に抗菌性、被覆感耐食性共に優れた結
果であった。
【００２８】
実施例５及び比較例２の試料は、実施例１をさらに同じ処理を繰り返して被
覆厚さを厚くした物である。実施例５の被覆厚さは概ね200〜230nmであるが、
このレベルでは実施例１と大差なく良好な特性を示した。比較例２は500nm以上
の被覆厚さであるが、抗菌性は認められたものの、青から赤紫の干渉色が見ら
れ、曲げ試験で皮膜に亀裂を生じた。
【００２９】
実施例６は、SUS304BA鋼に活性ハロゲン基を結合せしめたものであるが、実
施例１同様に抗菌性、被覆感、耐食性とも良好であった。耐食性も、シラン化
合物を被覆しなかったSUS304BA鋼（比較例４）と同レベルであった。
実施例７〜９もシラン化合物の官能基を代えた以外は、実施例１と同様の処
理を施したものであるが、実施例９のメチレン基で僅かに抗菌性が劣ったが、
比較例４のシラン化合物を被覆しなかったSUS304BA材や比較例５のガラスに比
べて高い抗菌性が認められた。
【００３０】
比較例１は、炭素鋼に実施例１２と同じ処理を施したものである。被覆感が
なく皮膜の機械的特性も亀裂などの発生がなく被覆状態は良好であったが、培
養過程で激しい赤錆が発生し、抗菌性の評価ができなかった。この材料は例え
抗菌性を改善しても、無垢の状態で使用することができないことが確認された
。
【００３１】
比較例３は、抗菌性を示す官能基のないシラン化合物を被覆したものである
が、やはりシラン化合物だけでは抗菌性は認められなかった。比較例４のシラ
ン化合物を被覆しなかったSUS304BA材は、実施例１〜９に比べるとやはり抗菌
性は劣るが、比較例５のガラスに比べると抗菌性が認められた。これはおそら
く僅かに溶出した金属イオンの効果ではないかと推定される。また、比較例３
の試料が比較例４の試料より抗菌性が劣ったのは、この金属イオンの溶出がシ
ラン化合物の被覆によって抑制されたからではないかと考えている。